اگر گروههای عاملی روی حلقه قرار بگیرند، بر واکنش پذیری حلقه اثر خواهند گذاشت. واکنش پذیری عوامل متصل به حلقه نیز بوسیله بخش آروماتیک تحتتاثیر قرار میگیرد.
مشتقات بنزن با فشار بالا و نقطه جوش پایین هستند که با افزایش وزن مولکولی افزایش می یابد . این حلال دارای دانسیته بخار بالا هستند . بیشتر این ترکیبات به عنوان مواد شمیایی اولیه یا واسطه در ترکیبات دیگر بکار می روند. حلالهای الی همچنین در هزاران صنعت وشغل مثل :تولید رنگ ،رزین ومواد دارویی ،چاپ ، سریش و چسبها و ساخت لاستیک و… بکار می رود.
ترکیبات اروماتیک معمول استفاده شده شامل تولوئن ،بنزن ،زایلن ،استیرن ،اتیل بنزن ،مونوکلروبنزن (MCB ) وتری متیل بنزن می باشد.
بیشتر حلالهای اروماتیک تجاری نقطه جوشی دارند که خیلی کمتر از صفر درجه و بشتر از 200 درجه سانتیگراد نمی باشد .اگر نقطه جوش یک حلال خیلی بالاوفشار بخار آن خیلی کم باشد جداسازی حلال از موادی که برای حل کردن استفاده می شود بسیار دشوار خواهد بود.بنابراین بسیاری از حلالهای الی در دمای اتاق مایع هستند . حلالهای الی بوسیله خصوصیت غیر قطبی وحلالیت بالا در چربی توصیف می شوند . این حلالها به فراوانی در مخلوطهایی در محیطهای شغلی مثل ترکیبات تولوئن ، بنزن ، استیرن ،اتیل بنزن ، تری متیل بنزن و زایلن استفاده شده است . نفتالن ، اگر چه یک ترکیب اروماتیک است حلال نیست ، جامدی کریستالی ، سفید رنگ دافع بید و با فراریت بالا می باشد . حلالهای اروماتیک به اسانی از تصفیه نفت خام و زغال مشتق می شود وقتی زغال در فقدان هوا گرم می شود به ترکیبات فراری شامل گاز زغال وقطران زغال شکسته می شود . باقیمانده این پروسه کک نامیده می شود . تقطیر قطران زغال منجر به تولید ترکیباتی مثل تولوئن ،بنزن ،زایلن ، فنول ها ، کروزول ، نفتالن می شود.ترکیبات اروماتیک همچنین می تواند توسط فرایند های کاتالیکی که در ان هیدروکربن های الیفاتیک در دماهای بالا وفشار بالا برای دهیدروژنه کردن ترکیبات وشکل گیری ساختارهای حلقوی هیدروکربن های اروماتیک بکار می رود ایجاد می شوند .
Azoxybenzene and Aluminum Chloride
Aromatic Compounds
Procedure
Place 0.5 mL or 0.4 g of the dry compound in a clean, dry test tube; add one crystal of azoxybenzene and about 25 mg of anhydrous aluminum chloride. Note the color. If no color is produced immediately, warm the mixture for a few minutes. Wait for up to 30 min to observe any color change. If the hydrocarbon is a solid, a solution of 0.5 g of it in 2 mL of dry carbon disulfide may be used.
Positive Test
Formation of 4-arylazobenzene and aluminum chloride complex is a positive test.
Complications
Many oxygen-containing functionalities interfere with this test and produce confusing color changes
Chloroform and Aluminum Chloride
Aromatic Compounds
Procedure
To 2 mL of dry chloroform in a test tube add 0.1 mL or 0.1 g of the unknown compound. Mix thoroughly, and incline the test tube so as to moisten the wall. Then add 0.5-1.0 g of anhydrous aluminum chloride so that some of the powder strikes the side of the test tube. Note the color of the powder on the side, as well as the solution. Discussion. The colors produced by the reaction of aromatic compounds with chloroform and aluminum chloride are quite characteristic. Aliphatic compounds, which are insoluble in sulfuric acid, give no color or only a very light yellow. Typical colors produced are the following.
Positive Test
Formation of a colored carbocation is a positive test.
| Compound | Color |
| benzene and its homologs | orange to red |
| aryl halides | orange to red |
| naphthalene | blue |
| biphenyl | purple |
| phenanthrene | purple |
| anthracene | green |
Complications
Aromatic esters, ketones, amines, and other oxygen- or nitrogen-containing compounds may also give blue or green colors.
Reaction of Bromine with Benzene, Phenol, and Toluene
Three test tubes contain bromine. Benzene is added to the first tube, phenol to the second, and toluene to the third tube. The red color of the bromine vapor disappears from the second tube containing the phenol. pH paper indicates that hydrogen bromide was produced in this reaction.
Discussion
Bromine is shown in each of three test tubes. Benzene is added to the first tube, phenol to the second, and toluene to the third tube. The red color of the bromine vapor disappears from the second tube containing the phenol. When the vapor in this tube is tested with pH paper, the red color indicates the presence of an acidic gas (hydrogen bromide). Benzene and toluene do not react with bromine in the absence of a catalyst. Phenol is more reactive due to the presence of an electron donating hydroxyl group and reacts with bromine by a substitution reaction forming hydrogen bromide gas.
 |
Fuming Sulfuric Acid
Aromatic Compounds
Procedure
This test must be done in a hood. Place 0.5 mL of 20% fuming sulfuric acid (hazardous) in a clean, dry test tube, and add 0.25 mL or 0.25 g of the unknown. Shake the mixture vigorously, and allow it to stand for a few minutes.
Positive Test
A positive test for the presence of an aromatic ring is complete dissolution of the unknown, evolution of heat, and minimal charring.
Complications
Caution: Use this reagent with relatively inert compounds only, such as those compounds that do not dissolve in the solubility tests with concentrated sulfuric acid. Compounds for which preliminary tests indicate strongly activating groups (OH, NH2, etc.) may be decomposed violently by fuming sulfuric acid.
Aromatic Substitution Reactions
Aromatic Substitution Reactions Part II
|
بعضی از ترکیبات آلی ، فقط شامل دو عنصر هیدروژن و کربن هستند و بنابراین به عنوان "هیدروکربن" (Hydrocabons) شناخته میشوند. |
تقسیمبندی هیدروکربنها
بسته به ساختمان ، هیدروکربنها به دو دسته اصلی آلیفاتیک و آروماتیک تقسیم میشوند. هیدروکربنهای آلیفاتیک خود به گروههای وسیعتری تقسیم میشوند: آلکانها ، آلکنها ، آلکینها و ترکیبات حلقوی مشابه (سیکلوآلکانها و غیره).
آلکانها
ساده ترین عضو خانواده آلکانها و در واقع ، یکی از ساده ترین ترکیبات آلی ، متان CH4 است. تمام آنچه که در مورد CH4 وجود دارد، میتوان با اختلافات کمی در مورد سایر آلکانها نیز بکاربرد.
ساختمان متان
در متان ، هر یک از چهار اتم هیدروژن بوسیله یک پیوند کووالانسی به اتم کربن متصلند که این عمل ، با به اشتراک یک زوج الکترون انجام میشود. هنگامی که کربن به چهار اتم دیگر متصل شود، اوربیتالهای پیوندی (اوربیتالهای SP3 که از همپوشانی یک اوربیتال S و سه اوربیتال P تشکیل میشوند) به گوشه های یک چهار وجهی هدایت میشوند.
این آرایش چهار وجهی ، آرایشی است که اجازه میدهد اوربیتالها تا حد امکان از یکدیگر فاصله بگیرند. برای اینکه هر کدام از این اوبیتالها بتوانند به نحو موثری با اوربیتال کروی 5 اتم هیدروژن همپوشانی نمایند و بنابراین قویترین پیوند را بوجود آورند، هسته هر کدام از هیدروژنها ، بایستی در گوشه این چهار وجهی قرار بگیرد.
منبع متان
متان ، محصولی متلاشی شدن ناهوازی (بدون هوا) گیاهان یعنی شکستن بعضی از مولکولهای خیلی پیچجیده می باشد. همچنین تشکیل دهنده قسمت اعظم (حدود 79%) گاز طبیعی است. متان ، گاز آتشگیر خطرناک معادن زغال سنگ و به صورت جبابهای گاز از سطح مردابها خارج میشود.
آلکنها
آلکنها ، دسته وسیعی از هیدروکربنها را شامل میشوند که به هیدروکربنهای غیر اشباع (Unsaturated) موسومند. تعداد هیدروژنهای این ترکیبات ، کمتر از آلکانهای هم کربن میباشد. آلکنها ممکن است یک یا چند پیوند دو گانه مجزا و دور از هم و یا مزدوج داشته باشند.
ساختمان پیوند دو گانه کربن- کربن در آلکنها
اتیلن ، کوچکترن عضو خانواده آلکنها و به فرمول C2H4 میباشد که دو اتم هیدروژن کمتر از آلکان همکربن (اتان) دارد. بررسی ساختمان اتیلن به طریقه کوانتوم مکانیکی نشان داده است که کربن ، برای اینکه در ساختمان اتیلن شرکت نماید، لازم است که با استفاده از اوربیتالهای 2S و دو اوربیتال 2P خود ، سه اوربیتال هیبریدی یکسان بوجود آورد که این اوربیتالهای هیبریدی در یک سطح قرار میگیرند بنحوی که اتم کربن در مرکز یک مثلث قرار گرفته و زوایای بین اوربیتالهای هیبریدی 120 درجه تخمین زده شده است.
هرگاه ما چهار اتم هیدروژن و دو اتم کربن SP2 را در کنار هم مرتب کنیم، شکلی ایجاد میشود که در آن ، هر اتم کربن ، در سه پیوند سیگما شرکت دارد. برای رسیدن به کربن به حالت اکتت ، لازم است که سومین اوربیتال 2P اتمهای کربن همپوشانی کرده، پیوند ایجاد کنند. این پیوند که از همپوشانی اوربیتالهای P کرین ایجاد میشود، از نظر شکل و انرژی با پیوند سیگما متفاوت می شود و به پیوند π موسوم است که از دو قسمت تشکیل شده است.
یک ابر الکترونی در بالای سطح مولکول و ابر الکترونی دیگر در پایین سطح قرار میگیرد. وقتی این ساختمان میتواند ایجاد شود که تمام اتمهای شرکت کننده در ساختمان اتیلن ، در یک سطح قرار بگیرند. پس مولکول اتیلن لازم است یک مولکول مسطح باشد. مسطح بودن مولکول اتیلن بوسیله روشهای طیفسنجی و پراش الکترونی مورد تائید قرار گرفته است.
آلکینها
هرگاه ترکیب آلی ، حاوی پیوند سهگانه کربن به کربن باشد، آلکین نامیده میشود. استیلن با فرمول C2H2 کوچکترین عضو این خانواده میباشد و به همین دلیل ، آلکنها را ترکیبات استیلنی یا استیلنهای استخلاف دار میگویند. برای اینکه دو اتم و دو اتم هیدروژن به هم وصل شوند و مولکول کاملی تولید نمایند، لازم است که کربنها با هیبرید SP و از طریق پیوند سهگانه (یک پیوند سیگما و دو تا پیوند π) به یکدیگر وصل شوند: H−C≡C−H
تقسیم بندی استیلنها
- استیلنهای حقیقی یا انتهایی (terminal acetylenes):
به ترکیباتی از این گروه اطلاق میشود که حداقل یک اتم هیدروژن متصل به کربن SP در آنها وجود داشته باشد. مثلا پروپن (متیل استیلن) ، یک استیلن حقیقی است. به همین ترتیب فنیل استیلن و ترسیوبوتیل استیلن از استیلن های حقیقی میباشند. - استیلن های داخلی (Internal acetylenes):
هرگاه پیوند سهگانه کربن به کربن در جایی از مولکول قرار گرفته باشد که کربنهای با هیبرید SP به استخلاف متصل باشند، استیلن را داخلی مینامند. مثل دیمتیل استیلن ، دی فنیل استیلن، دی ترسیوبوتیل استیلن.
ساختمان استیلن
اتین یا استیلن ، کوچکترین عضو خانواده بزرگ آلکینها میباشد. به طریق کوانتوم مکانیکی ، اگر بخواهیم با دو اتم کربن و دو اتم هیدروژن ، مولکولی را ایجاد کینم، لازم است که کربنها با یک پیوند سهگانه به یکدیگر متصل شوند. برای ایجاد چنین مولکولی ، اتمهای کربن باید هیبرید SP داشته باشند. یکی از این اوربیتالهای هیبریدی به کربن و دیگری به هیدروژن متصل و اوربیتالهای Py و Pz نیز دو پیوند π را ایجاد کنند.
با شناختی که از دو پیوند دوگانه کربن به کربن و کربن به هیدروژن آلکنها داریم، انتظار داریم که طول پیوند سهگانه کربن- کربن و کربن- هیدروژن در استیلنها کوتاه باشد. طول پیوند سه گانه کربن- کربن 1,20انگستروم و کربن به هیدروژن 1,06 انگستروم اندازه گیری شده است.
